CN206876583U - 一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，包括激光器、高反射镜、聚焦透镜、等离子体采集透镜、旋转平台、光纤探头、CCD探测器、光谱仪、高速相机、数字脉冲延时发生器、计算机、光纤和激光控制器，高反射镜设置在激光器水平方方向左边，聚焦透镜固定在高反射镜的正下方；旋转平台置于聚焦透镜正下方，高速相机和等离子体采集透镜分别固定在旋转平台左上方和右上方。光纤探头通过光纤与光谱仪连接，光谱仪分别与数字脉冲延时发生器和计算机连接；激光器通过激光控制器与数字脉冲延时发生器连接，高速相机分别与数字脉冲延时发生器和计算机连接。本实用新型公开一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，结构简单，可移动，便于检测。
Description
技术领域
本实用新型属于农产品质量与安全激光光谱分析技术领域，具体涉及一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置。
背景技术
脐橙全身都是宝，果肉被人们喜食，果皮具有重要的食用、药用等附加价值。但受土壤、大气、水体重金属污染及农药、化肥施用的影响，脐橙果实从生产到流通过程不可避免地受到重金属污染物的潜在威胁。因此，对脐橙果皮果肉中有害重金属的检测对保障农产品质量与安全具有重要意义。
传统检测脐橙等水果中重金属、矿质元素的方法多采用原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等样品化学前处理方法。虽然这些方法稳定性好、灵敏度高，但设备昂贵、不易搬动，且需要借助化学试剂对样品进行繁琐的前处理，耗时长、污染环境，不适合环境可持续发展绿色检测的需求。因此，从农产品质量与安全实际需求来看，急需发展一种对环境无污染、无需借助化学试剂处理样品、能实时快速地探测出农产品中重金属元素的方法。
激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有无需对样品进行化学前处理、可多元素同时快速检测、能够获得非常尖锐和明显的分析谱线等特点，在航天、考古、冶金等工农业领域的成分检测中发挥越来越大的潜力。LIBS可以对样品进行直接检测且样品消耗量小(ug级)，近似无损检测。对于脐橙样品，LIBS在原位绿色快速获取果皮元素成分信息方面具有明显分析优势，而人们所关心的是可食用的果肉成分含量。
结合LIBS技术在快速绿色检测方面的优势，本实用新型专利提出了在脐橙果皮果肉重金属Cd浓度梯度明晰条件下，采用LIBS方法采集脐橙果皮特征光谱信息，结合化学计量学及模型构建方法预测目标元素在果皮果肉中的含量分布。
然而，LIBS技术容易受到激光能量的抖动、样品的特性、等离子体温度和电子密度等等因素的影响，从而导致激光诱导击穿光谱技术的检测重复性不稳定，灵敏度也较低，其较低灵敏度和较高检出限也是目前LIBS技术发展的瓶颈。所以如何提高激光诱导击穿光谱检测技术的探测重复性和灵敏度是非常重要的。
发明内容
本实用新型所要解决的是现有脐橙重金属化学检测过程中存在的样品处理过程复杂、耗时长、对操作人员熟练和技能水平要求高、容易造成二次污染的技术问题，提供一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，所述装置结合ICCD相机拍摄的等离子体图像和光谱仪采集的等离子体光谱，探索提高LIBS检测重复性、灵敏度的技术问题。
为了解决本实用新型的技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，包括激光器1、高反射镜2、聚焦透镜3、等离子体采集透镜4、旋转平台5、光纤探头6、CCD探测器7、光谱仪8、高速相机9、数字脉冲延时发生器10、计算机11、光纤12和激光控制器13，所述高反射镜2设置在所述激光器1水平方向的左边，所述聚焦透镜3固定在所述高反射镜2的正下方；所述旋转平台5置于聚焦透镜3正下方，所述高速相机9固定在所述旋转平台5左上方，所述等离子体采集透镜4固定在所述旋转平台5右上方；所述CCD探测器7内置于光谱仪8内，与所述光谱仪8集成为一体，所述光纤探头6通过光纤12与光谱仪8连接，所述光谱仪8分别与数字脉冲延时发生器10和计算机11连接；所述激光器1通过激光控制器13与数字脉冲延时发生器10连接；所述高速相机9分别与数字脉冲延时发生器10和计算机11连接。
优选地，所述高反射镜2为45度高反射镜，将水平光路转换为垂直光路。
优选地，所述激光器1产生波长为1064nm或532nm或355nm的激光束，可以根据脐橙果皮果肉样品及目标重金属元素对激光的吸收特性针对性的选择所需光源，灵活选择，提高检测精度。
优选地，所述激光器1发出的激光光束通过高反射镜2及聚焦透镜3聚焦到脐橙果皮果肉压片样品15表面，产生包含样品物质成分信息的等离子体。
优选地，所述旋转平台5上放置脐橙果皮果肉压片样品15。
优选地，所述一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置还包括旋转平台控制器14，所述旋转平台控制器14与所述旋转平台5连接，控制旋转平台5的速度。
优选地，所述高速相机9镜头以45度角度对准旋转平台5，以获取等离子体膨胀形态图像信息。
优选地，所述等离子体采集透镜4可以根据高速相机7获取的等离子体膨胀状态，灵活调节采集角度，以获取最优元素谱线信息，提高目标元素谱线分析灵敏度。
优选地，所述CCD探测器7的像素为1024x256，光谱分辨率高，对光纤探头6接收传输到的特征光谱信号分析，通过CCD探测器7把光信号转化为电信号，通过数据线16传输到计算机4。
优选地，数字脉冲延时发生器10精准控制高速相机9对等离子体13图像的采集，精确控制光谱仪8对等离子体13光谱的采集。
与现有技术相比，本实用新型获得的有益效果是：
本实用新型提供的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，结构简单，便携可移动，便于现场检测。与传统化学方法分析水果重金属元素技术相比，LIBS技术无需样品复杂的化学前处理、无需消耗化学试剂、对操作人员技术熟练程度要求不高、可实现多元素同时检测、安全快速绿色环保。
本实用新型提供的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，在原有的LIBS系统基础上增加了一个图像采集高速相机，利用高速相机可以捕捉等离子体密度、膨胀形态等信息，对等离子体寿命延长、等离子体密度、目标元素特征光谱强度等参数优化具有指导意义。
本实用新型提供的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，采用对脐橙果皮果肉样品进行干燥、粉碎、研磨、过筛、压片等物理方法前处理，保证样品颗粒度、均匀度、压实度，从而提高LIBS检测灵敏度、稳定性和准确度，为最终果皮果肉重金属的分布规律提供参考。
附图说明
图1为本实用新型整体结构原理示意图
附图标记：1、激光器；2、高反射镜；3、聚焦透镜；4、等离子体采集透镜；5、旋转平台；6、光纤探头；7、CCD探测器；8、光谱仪；9、高速相机；10、数字脉冲延时发生器；11、计算机；12、光纤；13、激光器控制器；14、旋转平台控制器；15、脐橙果皮果肉压片样品；16、数据线。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例进行详细说明。
参见附图1，一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，包括激光器1、高反射镜2、聚焦透镜3、等离子体采集透镜4、旋转平台5、光纤探头6、CCD探测器7、光谱仪8、高速相机9、数字脉冲延时发生器10、计算机11、光纤12和激光控制器13，所述高反射镜2设置在所述激光器1水平方向的左边，所述聚焦透镜3固定在所述高反射镜2的正下方；所述旋转平台5置于聚焦透镜3正下方，所述高速相机9固定在所述旋转平台5左上方，所述等离子体采集透镜4固定在所述旋转平台5右上方；所述CCD探测器7内置于光谱仪8内，与所述光谱仪8集成为一体，所述光纤探头6通过光纤12与光谱仪8连接，所述光谱仪8分别与数字脉冲延时发生器10和计算机11连接；所述激光器1通过激光控制器13与数字脉冲延时发生器10连接；所述高速相机9分别与数字脉冲延时发生器10和计算机11连接。
进一步地，所述高反射镜2为45度高反射镜，将水平光路转换为垂直光路。
进一步地，所述激光器1产生波长为1064nm或532nm或355nm的激光束，可以根据脐橙果皮果肉样品及目标重金属元素对激光的吸收特性针对性的选择所需光源，灵活选择，提高检测精度。
进一步地，所述旋转平台5上放置脐橙果皮果肉压片样品15。
进一步地，所述一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置还包括旋转平台控制器14，所述旋转平台控制器14与所述旋转平台5连接，控制旋转平台5的速度。
进一步地，所述高速相机9镜头以45度角度对准旋转平台5，以获取等离子体膨胀形态图像信息。
进一步地，所述等离子体采集透镜4可以根据高速相机7获取的等离子体膨胀状态，灵活调节采集角度，以获取最优元素谱线信息，提高目标元素谱线分析灵敏度。
进一步地，所述CCD探测器7的像素为1024x256，光谱分辨率高。
一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置工作原理：将新鲜脐橙果皮果肉样品进行干燥、粉碎、研磨、过筛、压片等物理方法前处理，制成脐橙果皮果肉压片样品15，将脐橙果皮果肉压片样品15放置于旋转平台5上，所述旋转平台控制器14控制旋转平台5转动；所述激光器1发出的激光光束通过高反射镜2及聚焦透镜3聚焦到脐橙果皮果肉压片样品15表面，产生包含样品物质成分信息的等离子体，等离子体通过聚焦透镜3聚焦在光线探头6上，再经过光纤12传输到光谱仪8进行分光，然后经过CCD探测器7进行光电转换，光谱电信号经过数据线16在计算机4中存贮。同时，数字脉冲延时发生器10对光谱仪8的采集延时及激光器控制器13进行激光输出控制，以获得质量优的光谱。进一步地，为了对等离子体图像进行动态分析，数字脉冲延时发生器10对高速相机9进行控制，以获得质量优的光谱。等离子体图像和光谱结合分析，共同对脐橙样品果皮重金属分布进行动态信号采集，推演重金属在脐橙果皮果肉中的分布规律。
以上列举的仅是本实用新型的具体实施例之一。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型所要保护的范围。
Claims (5)
1.一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，其特征在于：包括激光器（1）、高反射镜（2）、聚焦透镜（3）、等离子体采集透镜（4）、旋转平台（5）、光纤探头（6）、CCD探测器（7）、光谱仪（8）、高速相机（9）、数字脉冲延时发生器（10）、计算机（11）、光纤（12）和激光控制器（13），所述高反射镜（2）设置在所述激光器（1）水平方向的左边，所述聚焦透镜（3）固定在所述高反射镜（2）的正下方；所述旋转平台（5）置于聚焦透镜（3）正下方，所述高速相机（9）固定在所述旋转平台（5）左上方，所述等离子体采集透镜（4）固定在所述旋转平台（5）右上方；所述CCD探测器（7）内置于光谱仪（8）内，所述光纤探头（6）通过光纤（12）与光谱仪（8）连接，所述光谱仪（8）分别与数字脉冲延时发生器（10）和计算机（11）连接；所述激光器（1）通过激光控制器（13）与数字脉冲延时发生器（10）连接；所述高速相机（9）分别与数字脉冲延时发生器（10）和计算机（11）连接。
2.如权利要求1所述的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，其特征在于：所述高反射镜（2）为45度高反射镜。
3.如权利要求1所述的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，其特征在于：所述激光器（1）产生波长为1064nm或532nm或355nm的激光束。
4.如权利要求1所述的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，其特征在于：所述一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置还包括旋转平台控制器（14），所述旋转平台控制器（14）与所述旋转平台（5）连接。
5.如权利要求1所述的一种脐橙果皮果肉重金属分布检测装置，其特征在于：所述高速相机（9）镜头以45度角度对准旋转平台（5）。
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| CN110064479B (zh) * | 2019-04-24 | 2023-12-22 | 山东大学 | 鱼类粪便破碎颗粒尺寸分布规律的实验装置 |
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